Разходете се с ентусиазъм за науката
Проходилката спестява енергия, когато люлеенето на краката се възползва от действието на гравитацията.
Кажи на татко, все още ли е? „Млъквай и върви!“. Така алчни, децата възприемат ходенето като болезнено и скучно занимание. Това движение, което ни се струва естествено, не е така за бебета, които придобиват уменията: овладяването на тази току-що уловена загуба на равновесие изисква месеци тренировки. Докато децата растат, те ходят по-естествено, с редовност на движение, подобно на махалото. Чрез анализ на неговата механика ще разберем по-добре интереса на едно махало, „естествена“, енергийно ефективна стъпка.
Кракът е подобен на твърда пръчка, която се върти около бедрото. Под единствения ефект на гравитацията, това махало се колебае със собствения си период, времето, необходимо за извършване на обиколка, период, пропорционален на квадратния корен от дължината. Галилей наблюдаваше това явление, наречено изохрония, точно за малки трептения на махалото.
Както при повечето явления, управлявани от гравитацията, масата на крака не участва (ако се пренебрегне триенето). Всъщност вариацията на кинетичната енергия (1/2mv 2, където m е масата и v скоростта) е равна на тази на потенциалната енергия (mgh, g е ускорението на гравитацията и h височината на което махалото се издига спрямо положението му в покой), така че масата m да бъде елиминирана.
90-сантиметровият крак има период на люлеене на махалото от около 1,6 секунди. Чрез ходене със скорост от една стъпка на всеки полупериод, т.е. 0,8 секунди, гравитацията има право да извършва по-голямата част от работата, необходима за движението на крака, което изглежда най-икономично. Ако действителното темпо на ходене е по-трудно да се определи, тъй като зависи от много фактори (формата на крака, движението на ставите, времето на контакт със земята), лесно е да се убедим, че естественото влияние на краката ни приемат ритъм, близък до махалото полупериод.
Колко бърз е проходилката? Това е коефициентът на дължината a на стъпката и времето, необходимо за изминаването (v = a/T). Дължината на стъпалото, която очевидно зависи от дължината на крака, тоест от височината на проходилката, е произведение на дължината на крака и амплитудата на ъгъла, който той размахва. По този начин, стъпката на жител на Бробингнаг, гиганти с височина над 20 метра, срещани от Гъливер по време на пътуванията му, е около 9 метра, около дванадесет пъти повече от средната стъпка на човек (0,75 метра). Тъй като периодът на люлеене варира в зависимост от квадратния корен от дължината на крака, скоростта е пропорционална на квадратния корен от размера на крака.
Следователно високите хора имат по-висока естествена скорост на ходене. Децата го изпитват всеки ден: половината от размера на възрастен, те ходят 1,4 пъти по-бавно. Друг пример: муха се движи по земята с около 10 сантиметра в секунда. Като вървим с 5 километра в час, ние изминаваме 1,4 метра за една секунда, 14 пъти повече от мухата. Походката ни би била същата като муха, ако бяхме 1/200 от действителната ни височина или около 0,9 сантиметра. Мимоходом отбележете, че броят на краката или краката не е включен: „стоножката“ не би се движила по-бързо, ако имаше само четири крака.